专利名称：线性致动器单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及内置驱动机构且导向轴和滑动部件可根据输入信号相 对移动的线性致动器单元，特别是涉及作为滑动部件的推进机构利用 杆型的线性马达的线性致动器单元。
背景技术：
作为致动器中的推进机构被利用的线性马达的一种，众所周知有 所谓杆型的线性马达。该杆型的线性马达由沿纵向排列多个磁极的棒 状的磁杆、和具有插通该磁杆的通孔同时在该通孔的内周面排列线圏 部件的动子构成，当所述线圏部件接通驱动电流时，相对于所述动子 产生沿磁杆的轴向的推进力。
作为利用该杆型的线性马达的线性致动器单元，众所周知有在
WO2007/026673A1中公开的装置。该线性致动器单元由以下部件构 成具有中空部地形成为筒状同时沿纵向形成开口部的导向轴；经由
件；两端支承在所述导向轴的中空部内的磁杆；配置在所述导向轴的 中空部内同时与该磁杆一起构成线性马达并经由所述开口部与所述滑 动部件结合的动子。
当对所述动子的线圏部件接通驱动电流时，动子沿磁杆在导向轴 的中空部内向轴向被推进。其结果，经由导向轴的开口部与所述动子 结合的滑动部件在导向轴的外侧向轴向被推进，能够与所述驱动电流 的通电对应地使滑动部件相对导向轴移动任意的量。
这样构成的现有技术的线性致动器单元，作为在导向轴的中空部 内放置杆型的线性马达的结果，作为推力发生源的线性马达和作为直 线导向机构的导向轴以及滑动部件极其紧凑地结合，其使用性变得非常容易。
专利文献l: WO2007/026673A1
但是，在这样的现有技术的线性致动器单元中，因为所述导向轴 由钢材等磁性体形成，所以，作为在该导向轴的中空部内配置磁杆的 结果，在该磁杆和包围该中空部的导向轴的内壁之间作用磁性吸引力， 而且磁杆在支承纵向两端的状态下配置在导向轴的中空部内，因而在 所述磁性吸引力偏置于磁杆周围时，存在该磁杆容易产生挠曲的问题。
特别是在导向轴上为了使动子与滑动部件结合而形成开口部，在 磁杆和开口部之间不作用磁性吸引力，所以配设在导向轴的中空部内 的磁杆在所述开口部的相反侧容易产生挠曲，若磁杆的全长较长的话， 则有时还会导致磁杆与导向轴接触。
另外，当磁杆上产生这样的挠曲时，包围磁杆配置的动子的运动 产生障碍，在磁杆的挠曲量大的情况下，动子与磁杆接触，使得滑动 部件不能运动，此外，即使在避开了动子与磁杆的接触的情况下，也 存在滑动部件的定位精度降低的危险。
发明内容
本发明鉴于这样的问题而做出，其目的在于提供这样的线性致动 器单元，即，能够利用杆型的线性马达实现小型化，同时尽可能抑制 磁杆的挠曲，得到滑动部件的顺畅运动、高定位精度。
即是，本发明的线性致动器单元包括由磁性体构成的导向轴， 该导向轴具有中空部且形成为筒状，而且沿轴向形成有一条开口部； 滑动部件，该滑动部件能够沿着该导向轴自由往复运动；磁杆，该磁 杆的两端支承在所述导向轴的中空部内；动子，该动子在所述导向轴 的中空部内配置在所述磁杆周围，与该磁杆一起构成线性马达，而且 经由所述导向轴的开口部与所述滑动部件结合；由磁性体构成的杆校 正板，该杆校正板堵塞所述导向轴的开口部，从所述滑动部件向其移 动方向的前后伸出。
根据这样构成的本发明，磁杆两端支承在所述导向 的中空部内，其周围除了开口部外由导向轴包围。为此，虽然在磁杆和导向轴之间 作用磁性吸引力，但因为在开口部与磁杆之间没有磁性吸引力作用， 所以磁杆容易向开口部相反侧的方向产生挠曲。但是，在沿磁杆移动 的滑动部件上在其移动方向的前后具备由磁性体构成的杆校正板，该
杆校正板堵塞所述导向轴的开口部地从滑动部件伸出，所以在该杆校 正板与磁杆之间也作用磁性吸引力。
因此，在杆校正板伸出的区域中，在磁杆周围的磁性吸引力的偏 置得到緩和，该磁杆的挠曲减少。另外，由于杆校正板从滑动部件向 其移动方向的前后伸出，所以，当滑动部件沿导向轴移动时，磁杆的 挠曲减少的区域也与滑动部件一起移动。为此，在滑动部件的移动方 向前后的特定区域中，时常减少磁杆的挠曲，由此可在保证滑动部件 的顺畅运动的同时，提高滑动部件相对导向轴的定位精度。
图l是表示本发明的线性致动器单元的整体立体图。
图2是图1所示的线性致动器单元的侧视图。 图3是在滑动部件的中心垂直于纵向地切开图l所示的微型致动 器的立体图。
图4是表示构成线性马达的动子的立体图。
图5是表示在图4所示的动子上安装护板的状态的侧视图。
具体实施例方式
以下，按着附图详细说明本发明的线性致动器单元。 图1至图3是表示适用本发明的线性致动器单元的一例的图，图 l是整体立体图，图2是侧视图，图3是在后述的滑动部件的中心与 纵向垂直地切开的立体图。该线性致动器单元具备具有中空部10且形 成为大体圆筒状的不锈钢制的导向轴1、和经由多个滚珠与该导向轴1 的外侧嵌合的滑动部件2,构成为可以利用设置在所述导向轴1的中 空部10内的线性马达3产生的推力使所述滑动部件2向导向轴1的轴向4主复运动。
所述导向轴1由磁性体形成，同时具有中空部IO并形成为圆筒状， 在其外周面错开180。位相地形成有两条滚珠滚动槽11。另外，在该 导向轴1中在与所述滚珠滚动槽11错开卯°位相的位置设有沿轴向 的一条开口部12。该开口部在图1及图2中位于导向轴1的下方。因 此，所述的导向轴1的中空部IO通过该开口部12向导向轴1的外部 开放。进而，在导向轴l的外周面上，在与所述开口部12错开180° 位相的位置形成平坦面13,该平坦面13成为后述的线性刻度元件的 安装面。
另外，所述滑动部件2形成为大致矩形，同时具有内径比所述导 向轴l稍大的通孔。导向轴l插通于该通孔，经由在所述滚珠滚动槽 11中滚动的多个滚珠安装在滑动部件2上。该滑动部件2由滑动块20 和与各滚珠滚动槽11对应地固定在滑动块20轴向的两个端面上的多 个端板21构成。在所述滑动块20上形成利用该线性致动器单元的设 备的固定部或可动部的安装面20a，在该安装面20a上形成螺紋接合 螺栓的螺孔20b。
另外，在滑动块20的通孔的内周面上，错开180°位相地形成两 条与上述导向轴1的滚珠滚动槽11相向的负荷滚动槽22，所述滚珠 在这些滚珠滚动槽11和负荷滚动槽22之间一边承担负载一边滚动。 另外，在滑动块20上与各负荷滚动槽22平行地形成两条滚珠返回通 道23，这些滚珠返回通道23存在于各负荷滚动槽22的外侧。另外， 在各端板21上在滑动块20的负荷滚动槽22和与此对应的滚珠返回通 道23之间形成使滚珠往来的方向转换路径，当把两块端板21分别固 定在滑动块20的轴向的两个端面上时，在所述滑动部件2上就会具备 滚珠的无限循环路径。即，在图3所示的滑动部件2中夹着导向轴1 地形成一对无限循环路径。另外，在图3中，描绘了形成于滑动块20 的负荷滚动槽22及滚珠返回通道，但没有描绘在其中滚动的滚珠。
因此，当使所述滑动部件2沿导向轴1移动时，滚珠在滑动块20 和导向轴1之间一边承担负栽一边在所述无限循环路径25内循环，可使滑动部件2沿导向轴1连续地移动。另外，由于滚珠在导向轴l的 滚珠滚动槽11和滑动部件2的负荷滚动槽22之间滚动，所以滑动部 件2相对于导向轴1的周向被止转，可在滑动部件2和导向轴1之间 传递力矩。即，所述滑动部件2和导向轴l构成滚珠花键装置，所述 导向轴l相当于花键轴，而所述滑动部件2相当于花键螺母。
在图1至图3所示的例中，在导向轴1的外侧安装了滑动部件2， 但也可以构成为，在导向轴1的内壁、即面对中空部10的导向轴1 的内壁上设置滚珠滚动槽11，在该中空部10内借助多个滚珠安装滑 动部件2。
因此，该线性致动器单元通过利用所述螺孔20b把滑动部件2固 定在另外的设备类上，使支承在该滑动部件2上的导向轴1在轴向进 退而加以使用。另夕卜，在实际试制中，作为所述滚珠使用直径为0.4mm 的钢珠，由此可以得到导向轴相对滑动部件的顺畅的直线往复运动。
另外，在所述导向轴1的中空部10内容纳作为直线马达3的定子 的磁杆30。该磁杆30沿轴向交替排列永久磁铁的N极以及S极，即 可以在钢管的内部塞入多个永久磁铁来制作，也可以对成形的圆棒在 后进行磁化来形成磁极。图3所示的磁杆30按前例制作。
在所述导向轴1的轴向两端的开口部嵌合一对端盖5，闭塞住导 向轴1的中空部10。在这些端盖5的内侧分别形成嵌合所述磁杆30 的端部的保持部，通过把一对端盖5固定在导向轴1上，所述磁杆30 在导向轴1的中空部10内如两端支承梁那样被保持，定位成与导向轴 l的轴向、即滑动部件2的移动方向平行。另外，图中的附图标记51 是用于在导向轴1上固定所述端盖5的紧固螺丝的安装孔。
另外，在所述磁杆30的周围配置构成线性马达3的动子31。图4 表示该动子31的详细情况。该动子31由与磁杆30保持微小的间隙并 在其周围巻成环状的多个线圏部件32、将这些线圏部件32保持一体 的作为绝缘体的树脂架33、粘接在该树脂架33上的不锈钢制的杆校 正板34构成，所述杆强制板4由磁性体形成。另外，图4中的附图标 记35是用于向各线圏部件32接通驱动电流的缆线，由柔性印刷电路基板(FPC)形成。
在各线圏部件32上构成为施加三相交流电，在所述树脂架33上 按顺序排列与三相交流电的U相、V相、W相对应的线圏部件32。 在图4所示的例中，十八个线圏部件32排列在树脂架33上，与U相、 V相、W相对应的三个一组的线圏部件32排列六组。另外，各线圏 部件32的排列间距设定成比磁杆30中的永久磁铁的排列间距短。在 磁杆30上从S极的磁极向着N极的磁极形成磁通，在动子31中内置 有检测其磁通密度的磁极传感器(未图示)。因此，根据该磁极传感器 输出的检测信号掌握磁杆30的各磁极(N极以及S极)相对线圏部件 32的位置关系。控制相对线圏部件32的驱动电流的接通进行控制的 驱动单元接收所述磁极传感器的检测信号，计算对应于线圏部件32 与磁杆30的各磁极的位置关系的最适合的驱动电流的位相，使其与各 线圏部件32接通。其结果，通过流向各线圏部件32的驱动电流和由 永久磁铁形成的磁通的相互作用，在线圏部件32和永久磁铁的各磁极 之间产生吸引力及排斥力，动子31向磁杆30的轴向被推进。
在设于所述导向轴1的开口部12相反侧的平坦面13上，沿导向 轴1的纵向贴装有两根线性刻度元件14、 15。另外，在滑动部件2上 搭载与所述线性刻度元件14、 15相向的读取头16，当滑动部件2相 对导向轴1移动时，输出与其移动量对应的信号。读取头16的输出信 号由缆线17传递到所述驱动单元。该缆线17由柔性印刷电路基板 (FPC)形成。另外，在一对线性刻度元件14、 15中， 一个线性刻度 元件14用于检测导向轴1上的滑动部件2的位置，另 一个线性刻度元 件15用于恢复显示导向轴1上的滑动部件2的原来位置的原点。
如图3的剖面图所示，所述动子31的线圏部件32在导向轴1的 中空部包围磁杆30，保持该线圏部件32的树脂架33经由导向轴1的 开口部12向该导向轴1的外部突出，粘接于树脂架33的杆校正板34 利用固定螺钉与滑动部件2结合。为此，在杆校正板34上形成螺紋接 合所述固定螺钉的螺孔36。由此，当动子31向磁杆30的轴向被推进 时，滑动部件2向导向轴1的轴向被推进。
8所述动子31的轴向长度、即沿所述线圈部件32的排列方向的动子31的长度形成得比所述滑动部件2的轴向长度长。这是为了实现线性马达3的推力的增强。为此，滑动部件2固定在动子31的纵向的中央部，动子31的纵向的两端不由滑动部件2覆盖，从狭缝开口12露出到导向轴1的外部。
另外，作为这样加长动子31、提高线性马达3的推力的结果，可设想的是这样的情况，即，假定在滑动部件2超过极限停止位置而在导向轴1上产生了超越量的情况下，动子31的端部与端盖5抵碰，动子31发生破损。
即使在发生这样的情况时，为了防止动子31的破损，在该线性致动器单元中设置保护动子31的一对护板4。图5是表示安装这些护板4的状态的动子31的侧视图。护板4是前端部40弯曲成大体L字形的不锈钢制板，从轴向夹着滑动部件2地安装在动子31的杆校正板34上。在把护板安装于动子的状态下，在护板4的前端部40与动子31的轴方向端面之间形成间隙，另外，护板的后端部41与滑动部件2抵接。另外，护板4相对动子31的杆校正板34的安装伴随有若干的间隙，作用于护板4的外力不会波及到杆校正板34、进而不会波及到动子3。
另外，通过设置这样的护板4，在使滑动部件2沿导向轴1运动时，即便假定滑动部件2超过极限停止位置而产生了超越量，由于护板4先于动子31与端盖5沖撞，所以，动子31不会与端盖5发生冲撞，可防止动子31的破损。另外，在护板4的前端部40与动子31的端面之间存在间隙，而且护板4的后端41与滑动部件2相石並，所以，即使护板4与端盖5冲撞，其冲击力由组装在导向轴1上的滑动部件2承担，而不会作用在动子31上。为此，以护板4与端盖5的沖撞作为原因，可排除动子31相对滑动部件2的安装姿态、安装位置发生变化那样的恶性影响。
在具有以上构成的线性致动器单元中，由于构成线性马达3的磁杆30收纳在由磁性体构成的导向轴1的中空部10，而且磁杆30以仅两端被支承的状态位于中空部10内，所以在该磁杆30和导向轴l之间作用磁性吸引力。可是，因为在导向轴1上沿纵向形成开口部12,在该开口部12与磁杆30之间没有磁性吸引力作用，所以，该磁性吸引力并不是关于导向轴1的周向均匀存在，而是偏置存在的。因而，在图l至图3所示构造的线性致动器单元中，存在磁杆30向导向轴1的开口部12相反侧容易产生挠曲的倾向。
但是，在该线性致动器单元中，在从滑动部件2向其移动方向前后伸出的动子31上安装由磁性体构成的杆校正板34，而且动子31经由导向轴1的开口部12露出到外部，所以所述杆校正板34位于堵塞导向轴1的开口部12的位置。因此，因为在由磁性体构成的杆校正板34与磁杆30之间作用磁性吸引力，所以，在该杆校正板34存在的区域、即动子31与磁杆30重叠的区域中，可减少由磁性吸引力的偏置引起的磁杆30的挠曲。
另外，因为杆校正板34从滑动部件2向其移动方向前后伸出，与该滑动部件2共同沿磁杆30的纵向移动，所以在滑动部件2的行进位置的前后可减少磁杆30的挠曲。
由此，在本发明的直线执行元件中，可实现滑动部件2相对导向轴1的运动顺畅化，同时可提高滑动部件2相对导向轴1的纵向的定位精度。
另外，在图2及图5所示的例中，由于所述护板4安装在杆校正板34上、在滑动部件2前后大幅伸出，所以，通过由磁性体形成该护板4，还能使该护板4发挥本发明的杆校正板的作用。在这种情况下，通过任意设定相对动子31可自由拆装的护板4的厚度及长度，可任意减少磁杆30的挠曲量。
权利要求
1.一种线性致动器单元，其特征在于，包括由磁性体构成的导向轴(1)，该导向轴(1)具有中空部(10)且形成为筒状，而且沿轴向形成有一条开口部(12)；滑动部件(2)，该滑动部件(2)能够沿着该导向轴(1)自由往复运动；磁杆(30)，该磁杆(30)的两端支承在所述导向轴(1)的中空部(10)内；动子(31)，该动子(31)在所述导向轴(1)的中空部(10)内配置在所述磁杆(30)周围，与该磁杆(30)一起构成线性马达(3)，而且经由所述导向轴(1)的开口部(12)与所述滑动部件(2)结合；由磁性体构成的杆校正板(34)，该杆校正板(34)堵塞所述导向轴(1)的开口部(12)，从所述滑动部件(2)向其移动方向的前后伸出。
2. 如权利要求1所述的线性致动器单元，其特征在于，所述动子 (31)形成为其轴向长度比所述滑动部件(2)的轴向长度长，所述杆校正板(34)兼作所述动子(31)的加强板。
3. 如权利要求1所述的线性致动器单元，其特征在于，所述导向 轴(1)是在外周面具有沿着轴向的滚珠滚动槽(11)的花键轴，另外， 所述滑动部件(2 )是设置成经由多个滚珠包围所述花键轴周围的花键 螺母。
全文摘要
本发明的线性致动器单元可利用杆型线性马达(3)实现小型化，同时尽可能抑制了磁杆(30)挠曲，得到滑动部件(2)的顺畅运动和高定位精度，包括由磁性体构成的导向轴(1)，具有中空部(10)地形成筒状且沿轴向形成一条开口部(12)；滑动部件(2)，沿该导向轴(1)可自由往复运动；磁杆(30)，两端支承在所述导向轴(1)的中空部(10)内；动子(31)，在所述导向轴(1)的中空部(10)内配置在所述磁杆(30)周围而与该磁杆(30)一起构成线性马达(3)，同时经由所述导向轴(1)的开口部(12)与所述滑动部件(2)结合；由磁性体构成的杆校正板(34)，堵塞所述导向轴(1)的开口部(12)地从所述滑动部件(2)向其移动方向的前后伸出。
文档编号H02K41/03GK101689798SQ20088002392
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月16日 优先权日2007年7月9日
发明者本间一人, 海野旭弘 申请人:Thk株式会社